Anatoly Nizhegorodov 1, Alexey Gavrilin 2, Boris Moyzes 3, Ivan Ditenberg 4, Olga Zharkevich 5, Gulnara Zhetessova 6, Oleg Muravyov 7, Pariuri Mihail 8

1 Universitatea Națională Tehnică de Cercetare din Irkutsk, Irkutsk, Rusia

produselor

2, 3 Universitatea Politehnică Tomsk, Tomsk, Rusia

4 Universitatea de Stat din Tomsk, Tomsk, Rusia

5, 6, 7, 8 Universitatea Tehnică de Stat din Karaganda, Karaganda, Kazahstan

5 Autor corespondent

Jurnalul de Vibroinginerie, Vol. 18, Ediția 6, 2016, p. 3734-3742. https://doi.org/10.21595/jve.2016.16994
Primit la 17 martie 2016; primit în formă revizuită 9 august 2016; acceptat la 15 august 2016; publicat la 30 septembrie 2016

Citare

Nizhegorodov Anatolij, Gavrilin Alexey, Moyzes Boris, Ditenberg Ivan, Zharkevich Olga, Zhetessova Gulnara, Muravyov Oleg, Bets Mikhail Stand pentru teste dinamice ale produselor tehnice în modul de modulare amplitudine-frecvență cu acționare vibratorie hidrostatică. Journal of Vibroengineering, Vol. 18, Ediția 6, 2016, p. 3734-3742. https://doi.org/10.21595/jve.2016.16994

  • Bibtex
  • Smochin
  • APA
  • Harvard
  • IEEE
  • MLA
  • Vancouver
  • Chicago

Conferințe JVE

Articolul trece în revistă problemele apărute în timpul dezvoltării standului pentru teste dinamice ale produselor tehnice în modul de modulare amplitudine-frecvență cu acționare vibratorie hidrostatică. Este posibil să controlați modificarea legii funcției de modulare și să obțineți diverse spectrograme ale procesului oscilator și ale modului de oscilație cu modulație amplitudine-frecvență, care permite realizarea efectului maxim al testelor de vibrații în stand.

Cuvinte cheie: rezistența vibrațiilor, vibrația, vibrațiile modulate în amplitudine necesită testarea rezistenței la vibrații, stand de testare pentru teste dinamice ale produselor tehnice, acționare hidrostatică vibrator.

1. Introducere

Efectul negativ al vibrațiilor asupra dispozitivelor tehnice și a obiectelor de transport terestru și a dispozitivelor și echipamentelor tehnologice (computere de zbor, supape pneumatice, supape hidraulice, dispozitive electronice, dispozitive cu releu radio și alte dispozitive mecanice și electrice) se datorează apariției fenomene de rezonanță în elementele dispozitivelor și sarcini dinamice care cauzează defectarea la funcționarea standard (pierderea vibrostabilității) și defectarea mecanică a pieselor de construcție (pierderea rezistenței la vibrații) [1, 2].

Există unul dintre cele mai eficiente teste de vibrații și teste de rezistență la vibrații pentru astfel de produse, care este o metodă atunci când oscilația se suprapune cu modulația amplitudine-frecvență în timpul procesului de acțiune vibratorie și dinamică. interval dat [1-3].

Metoda oferă simularea acțiunilor vibratorii armonice dure, cele mai des utilizate pentru construcția drumurilor, mișcarea pământului și procesele de ridicare a echipamentelor. Metoda poate fi implementată prin excitatori de vibrații electrodinamice cu un set de mai multe oscilatoare principale de semnale sinusoidale [1, 4], sintetizând variații de frecvență modulate și spectral bogate. Aceste sisteme sunt multifuncționale, dar sunt extrem de complexe și au o capacitate de ridicare redusă în comparație cu suportul de vibrații hidrostatice [1, 2].

Scopul cercetării este de a testa proprietățile standului de testare cu excitația hidrostatică a oscilațiilor și sinteza oscilațiilor cu modulația amplitudine-frecvență.

2. Cercetare teoretică

Modularea amplitudinii (AM) a vibrațiilor armonice implică deformarea amplitudinii prin funcția de modulare (amplitudinea anvelopei) care este armonica tonală (Fig. 1) în cel mai simplu caz.

În sistemele radio, o modulare a amplitudinii vibrațiilor armonice este purtătorul semnalului transmis (mesaj). Aceleași semnale valabile aplicate tehnologiei de testare a vibrațiilor. Semnalul constă dintr-un număr mare de armonici, transmise dispozitivului de testare pentru a obține feedback sub formă de rezonanțe ale unora dintre elementele sale.

Semnalul cu amplitudine modulată armonic poate fi exprimat printr-o funcție temporală:

unde ω 0 - frecvența purtătoare, θ 0 - unghiul de fază de pornire.

Modelul funcției de modulare A t Eq. (1) definește setul și dimensiunea armonicilor sintetizate. În cazul semnalului modulat de ton, acesta fiind cel prezentat (Fig. 1):

amplitudinea sa este egală cu Δ A m .

Raportul este egal cu:

unde A 0 - valoarea medie a amplitudinii se numește grad de modulație.

FIG. 1. Oscilații modulate de funcția armonică

Astfel, expresia:

dă o valoare instantanee a oscilației modulate.

Pentru modularea armonică (ton), atunci când plicul este reprezentat de ecuație. (2), ecuația. (3) poate fi redus la forma [5]:

Primul termen din partea dreaptă a expresiei este oscilația originală nemodulată cu frecvența purtătoare ω 0. Al doilea și al treilea termen reprezintă noua oscilație (armonică), care apar în timpul modulației amplitudinii. Frecvențele acestor oscilații ω 0 + ω și ω 0 - ω se numesc frecvențe de modulație laterală superioară și inferioară.

Spectrul funcției rezultate Eq. (4) este prezentată în FIG. 1. Lățimea spectrului în acest caz este egală cu modulația de frecvență dublată 2 ω, iar amplitudinea oscilației frecvențelor laterale nu poate depăși jumătate din amplitudinea oscilației modulate (când k ≤ 1).

Dacă funcția de modulare nu este tonală și poartă un număr de armonici, atunci modelul spectrului nu se schimbă radical, dar fiecare componentă a spectrului oferă o pereche de frecvențe laterale [5, 6]. Ca rezultat, se formează spectrul. Se compune din două benzi care sunt simetrice față de frecvența purtătoarei ω 0, iar numărul crescător de armonici din spectru, scade valoarea gradului de modulație pentru fiecare componentă (Fig. 2).

FIG. 2. Spectrul AFC la funcția AM complexă

Modul de oscilație AM sintetizează spectrul de linie cu un nivel ridicat de energie purtătoare și armonici laterale, dar frecvențele naturale ale componentelor produsului testat pot fi în intervalele dintre armonici și frecvențe naturale și nu produc nicio reacție de rezonanță. Pentru a rezolva dificultatea și pentru a face testele cele mai eficiente, este necesar să se specifice fluctuația la frecvența purtătoare în intervalul care interceptează frecvențele adiacente ale spectrului de linie. Acest proces este asigurat de regimul de oscilație a modulației amplitudine-frecvență (Fig. 2). Dar acum spectrul este continuu, este caracterizat prin densitate spectrală de oscilație și este recunoscut în sistemele de coordonate cu ω - ω ω [5].

Oscilația modulată în amplitudine cu o compoziție armonică complexă poate fi obținută pe standul de testare cu un generator hidrostatic neliniar de semnal de excitație (Fig. 3).

Standul de testare a vibrațiilor include un generator de vibrații hidrostatice, unde carcasa elastică 1 (furtun de înaltă presiune HPH) funcționează ca un dispozitiv de deplasare a lichidului hidraulic. Standul de testare a vibrațiilor este prevăzut cu un regulator h preîncărcat pe lungimea lui b. Carcasa este conectată cu un cilindru hidraulic unidirecțional 3, cu pistonul presat pe platforma 4 masă m și un arc acționat de arcul de refacere 5.

Accelerațiile t 1 și t 2 sunt instalate în sistemul hidraulic al standului de testare. Acceleratoarele previn pulsarea presiunii într-un manometru 9 și un acumulator hidropneumatic, asigurând compensarea scurgerilor din sistem. Lichidul hidraulic de sângerare nu are aer și este realizat de supapele v 1 și v 2 .

Arborele excentric 6 este conectat la motorul hidraulic 7 și atunci când se rotește pistonul hidraulic întoarce fixarea și desfacerea carcasei 1 și deplasarea unui flux alternativ de lichid hidraulic în hidrocilindrul 3. În acest mod, platforma de test 4 a testului dinamic se elimină oscilațiile standului.

Legea deplasării lichidului hidraulic din anvelopă este descrisă printr-o funcție pătratică [7]:

unde a 1 și a 2 - constante geometrice ale coajei, este egal cu:

FIG. 3. Diagrama de bază a standului de testare cu un generator hidrostatic neliniar de semnal de excitație

Variațiile limitelor parametrului h au constrângeri structurale:

unde d și d 0 - diametrul exterior și interior al carcasei, e - concentricitatea arborelui generatorului.

Structura dinamică a sistemului oscilator în cauză poate fi reprezentată de schemă (Fig. 4). Diferența volumetrică w x 1 - w x 2 formează volumul de deformare al cavității carcasei Δ w care este cauzată de presiunea dinamică P 0 ± P în circuitul de oscilație „carcasă - hidrocilindru - platformă de testare”. Presiunea dinamică variază neliniar, în conformitate cu caracteristica elastică a volumului învelișului [7]:

unde k 1 (N/m 5) și k 2 (N/m 8) - coeficienți empirici.

Funcție neliniară Eq. (8) conduce la formarea unei conexiuni elastice neliniare:

unde f - suprafața pistonului hidrocilindrului, c s h - rigiditatea volumetrică a învelișului care se află sub presiunea inițială P 0 la deformarea volumetrică inițială, w 0 și este egal cu:

Factorul determinant în formarea unei caracteristici „moi” de amplitudine-frecvență (AFC) cu unghi stâng (Fig. 5) este un circuit excitant unidirecțional de oscilații, când în modul rezonant amplitudinea crește și platforma de testare cu un hidrocilindru pistonul se detașează de circuitul oscilant și presiunea din acesta scade sub presiunea atmosferică P 0 .

În acest segment temporal, (timpul de „pauză” t p) rigiditatea arcului c se activează pentru scurt timp în sistem. Deci circuitul s-a separat și poziția comutatorului (supapa selectorului de circuit) CSV1 - poziția „deschisă” și comutatorul CSV2 - un „închis” corespunzător.

FIG. 4. Schema bloc a standului de testare cu un generator hidrostatic neliniar de semnal de excitație

FIG. 5. AFC al standului de testare

În timp ce crește rezonanța, amplitudinea crește cu Δ A x 2 (Fig. 5), apoi timpul de pauză t p se prelungește și intrarea de rezonanță într-o perioadă de oscilație crește și ea. Valoarea integrală medie a rigidității Eq. (9) reduce frecvența naturală a sistemului este egală cu:

unde coeficienții c 1 și c 2 sunt egali:

unde m - greutatea totală a platformei și a produsului testat.

Frecvența inerentă a sistemului este indicată în graficul grafic printr-o „curbă vertebrală” punctată. Este în poziția unghi stânga. Astfel, frecvența inerentă a circuitului oscilant ω 0 * depinde de amplitudine și sistemul are o structură variabilă (Fig. 4).

Dacă se cunoaște „curba coloanei vertebrale”, amplitudinea în rezonanță A x 2 r e s poate fi exprimată în termeni de factor de calitate al sistemului D:

unde A x 2 s t - amplitudine statică la ω 1 = 0, este egal cu:

Modul rezonant al amplitudinii este dat de:

unde ξ - coeficientul oscilației relative de amortizare:

unde α - coeficient de frecare vâscos (N · sm/m).

Există x 1 ω 1 - acțiune de intrare sau legea mișcării pistonului generatorului (Fig. 3):

x 2 ω 1 - acțiune de ieșire (oscilații ale platformei de testare).

Frecvența inerentă a circuitului oscilant este mutată ecuația. (11) într-un interval de frecvență dat Δ ω 1 (Fig. 5) și este efectuat de presiunea inițială în sistemul P 0 .

3. Cercetări experimentale

FIG. 6 prezintă caracteristicile experimentale de amplitudine-frecvență logaritmică (AFC) primite pe un model fizic al suportului de vibrații cu următorii parametri de proiectare (Fig. 3):

• diametrul interior al învelișului d 0 = 0,025 m;

• diametrul pistonului - 0,02 m (2 bucăți);

• alți parametri: b = 0,07 m, m = 40 kg, c = 33100 N/m, h = 0,03 ... 0,036 m, e = 1,25 · 10 -3 m.

FIG. 6. Caracteristici experimentale de amplitudine-frecvență logaritmică ale suportului de vibrații

Caracterul curbelor caracteristice amplitudine-frecvență logaritmică corespunde pe deplin graficului grafic prezentat în Fig. 5.

Liniile punctate ale caracteristicilor amplitudinii-frecvenței logaritmice indică zonele nerealizabile ale caracteristicilor.

Factorul de calitate al sistemului este independent de preîncărcarea relativă Δ = h/d 0 și de presiunea inițială P 0 .

Deci, atunci când Р 0 = 0,6 MPa, factorul de calitate este estimat cu valoarea 20. 20,5 dB, dar când P 0 = 2,0 MPa, factorul de calitate crește la doar 20,5. 21 dB.

Dar acest lucru se datorează:

• deplasarea din piston din cilindru atunci când presiunea crește;

• reducerea zonei de contact a cilindrului și pistonului;

• reducerea coeficientului de frecare vâscoasă.

Panta asimptotelor de înaltă frecvență a caracteristicilor frecvenței amplitudinii logaritmice pentru toate valorile presiunii inițiale și a preîncărcării relative este de aproximativ 42. 45 dB/deceniu. Este specific pentru sistemele neliniare de ordinul doi și corespunde schemei bloc (Fig. 4).

Caracteristicile experimentale ale frecvenței de amplitudine logaritmică indică posibilitatea setărilor suplimentare pentru frecvența naturală a sistemului oscilant schimbând preîncărcarea h .

Datorită AFC „moale” din circuitul oscilant al vibrațiilor, se pot obține oscilațiile platformei în modul de modulare a frecvenței amplitudinii [8, 9].

Servomotorul suportului de vibrații (Fig. 3) servește la controlul cantității de lichid - Δ w și + Δ w. Servomotorul este conectat la transmisia mecanică și la legătura de tracțiune a plăcii swash a pompei cu piston axial controlat 8, care asigură o schimbare a volumului de lucru în intervalul de la V 1 la V 2. Această modificare este echivalentă cu o modificare a avansului de la Q 1 la Q 2, respectiv, și viteza unghiulară ω 1 schimbarea hidromotorului 7 în intervalul ω 11,…, ω 12. Astfel, frecvența purtătoarei ω 1 nu este o constantă.

La o anumită viteză de măturare a unei frecvențe excitante ω 1 punctul modal A x 2 se va deplasa pe graficul AFC de la ω 11 până la ω 12 cu creșterea treptată a amplitudinii oscilațiilor x 2 t. FIG. 7 arată maturarea temporală a procesului de oscilație, acest proces de tranziție corespunde timpului t 12 și creșterii amplitudinii Δ A x 2 (Fig. 5).

În punctul cu frecvența unghiulară ω 12 pe ramura inferioară a AFC, sistemul nu este stabil. Funcția AFC este discontinuă și circuitul de oscilație se transformă imediat într-o altă stare (stabilă) corespunzătoare modului rezonant.

FIG. 7. Oscilații modulate de funcția neliniară de salt

Imediat după transformare, unitatea începe să scadă frecvența de excitație de la ω 12 la ω 11, aducând circuitul oscilant în modul cu amplitudinea maximă A x 2 m a x. Timpul t 21 (Fig. 7) și o creștere mult mai mare Δ A x 2 (Fig. 5) corespunde procesului de transformare.

Astfel, forma oscilațiilor AM modulante este determinată de timpul procesului de transformare t 12 și t 21 și forma sistemului AFC la segmente corespunde intervalului Δ ω 1 (Fig. 5).

Prin modificarea timpului t 12 și t 21 și a naturii punctului modic dinamic la aceste intervale de timp (conform legii sinusoidale, legii liniare etc.) este posibil să se controleze schimbarea legii funcției de modulare (Fig. 7 ) și obțineți diverse spectrograme ale procesului oscilator.

Deoarece transformările ciclice dintr-un proces de transformare t 12 în t 21 și invers sunt însoțite de schimbarea excitației de frecvență purtătoare ω 1, atunci la urma urmei obținem modul de oscilație cu modulație amplitudine-frecvență, care permite atingerea efectului maxim a testelor de vibrații, realizând spectrul oscilator constant cu lățimea Δ ω 1 (Fig. 5). Acest proces este complet identic cu modulația de frecvență a amplitudinii [18].

4. Concluzii

Spectrul AFC este implementat prin intermediul standului de testare a acționării hidraulice cu un generator hidrostatic neliniar și este un proces de oscilație adecvat care simulează vibrația transportului și vibrația unităților de putere ale transportului terestru și ale mașinilor și echipamentelor tehnologice. Prin urmare, acest stand de testare cu excitație hidrostatică a oscilațiilor mecanice poate fi utilizat pentru a testa diferite obiecte pentru stabilitate la vibrație și rezistență la vibrații.